Elmas Gezegenler >> Dünyadan 2 kat büyük kirli elmas topu astronomların aklını başından aldı

elmas5Topkapı Sarayı’ndaki Kaşıkçı Elması dünyanın en değerli elmasları arasında yer alıyor, ancak Evren’de büyük ölçüde elmastan veya kirli elmas tozundan oluşan dev gezegenler var. Bunlardan biri de Dünya’dan 40 ışık yılı, yani 370 trilyon kilometre uzakta yer alan 55 Cancri e.

55 Cancri e 2012 yılında Amerikalı ve Fransız astronomlar tarafından keşfedildi. Dünya’dan iki kat büyük olan gezegen aynı zamanda sekiz kat kütleli. Bu kadar dar çapta bu kadar büyük kütleye sahip olmasının bir sebebi de yüksek oranda elmastan oluşması.

Silikat tabanlı kayalık bir gezegen olan Dünyamızın tersine, 55 Cancri e büyük ölçüde karbon ve elmas tozu içeriyor. Dünya’daki en yoğun minerallerden biri olan elmas karbon gezegenlerin kütlesini artırıyor. Nitekim bu gezegende elmas demir kadar bol ve çelik kadar ucuz olabilir.

Ancak, yüzeyinde bir damla bile su içermeyen ve tümüyle grafit tozuyla kaplı olan bu kurak gezegenler hiç de hayata elverişli değil. Üstelik karbon gezegenler kayalık dünyalardan yaygınsa Evren’de hayat sandığımızdan nadir olmalı. Bu yüzden astrofizikçiler merakla soruyor:

 

 

121206-exoplanets-many-habitable-worlds-hmed-455p.grid-6x2Hangisi daha fazla?

Yengeç Takımyıldızı’nda bulunan 55 Cancri e, Güneş benzeri bir yıldızın çevresinde dönüyor. Yıldızına çok yakın olan bu gezegenin yüzeyi demiri eritecek kadar sıcak (1648 derece). Üstelik yakınlığı nedeniyle güneş çevresinde bir turunu 18 saatte tamamlıyor.

55 Cancri e Güneş Sistemi’nden çok daha yüksek oranda karbon atomu içeren bir yıldız sisteminde oluştu. Bu nedenle de yüzeyi kalın bir karbon tabakasıyla, daha doğrusu karbonun doğal formu olan grafitle kaplı.

Gezegen kabuğunun yüzlerce kilometre altında yer alan manto tabakası ise kayadan değil, büyük ölçüde kirli elmastan oluşuyor. Astrofizikçiler 55 Cancri yıldızının karbon oksijen oranını ölçerek 55 Cancri e gezegeninin dev bir elmas topu olduğunu düşündü ama yanıldılar.

 

 

elmas2Elmas topu yok, elmas tozu var

Son araştırmalar 55 Cancri yıldızının tahminlerden daha az karbon içerdiğini gösterdi. Bu yüzden sıra dışı gezegenin dev bir elmas topu olmadığı anlaşıldı, ama bu dünya iç katmanlarında büyük oranda kirli elmas tozu içeriyor.1 Arizona Üniversitesi’nden Johanna Teske konuyu şöyle açıklıyor:

“Karbon gezegenler Güneş’ten iki kat fazla karbon ve oksijen içeren yıldızların etrafında oluşuyor. Çünkü bir güneş sistemindeki bütün gezegenler ana yıldızla aynı gaz ve toz bulutundan meydana geliyor. Dolayısıyla bunların kimyasal bileşimi birbirine benziyor.”

“Ancak karbon dünyalar aynı zamanda kurak dünyalar: Bu gezegenlerde oksijen atomları hidrojenden önce karbon atomlarıyla birleşiyor. Bu yüzden de hiç su oluşmuyor. Oysa su hayatın varlığı için şart. Son yaptığımız ölçümlerde 55 Cancri yıldızının daha az elmas içerdiğini gördük, ama 55 Cancri e’nin grafit tozuyla kaplı kurak ve ölü bir gezegen olduğunu düşünüyoruz. Bunda bir değişiklik yok”

 

 

elmas1Hiç mi su yok?

Karbon oranı yüksek yıldızlarda su molekülleri ancak güneş sisteminin kenarındaki soğuk dünyalarda ya da donmuş asteroitler ve kuyrukluyıldızlarda oluşuyor. Güneşe Dünya kadar yakın karbon gezegenlerde su bulunmuyor.

California Pasadena’daki NASA Jet İtki Laboratuarı’ndan Torrence Johnson, “Okyanuslarımızı oluşturan yapıtaşları buzlu asteroitler ve kuyrukluyıldızlardı” diyor. “Bu yapıtaşlarının izini sürdüğümüzde karbon zengini yıldızların çevresindeki gezegenlerin kurak olduğunu görüyoruz.”

Cornell Üniversitesi’nden Jonathan Lunine de meslektaşının söylediklerini destekliyor. “Hayatın temeli olan karbon elementinin, büyük miktarlar söz konusu olduğunda, yine hayatı mümkün kılan su moleküllerini meydana getiren oksijeni hapsetmesi ironik bir durum.”

 

 

elmas9Azı karar, çoğu zarar

Astrofizikçiler ve biyologlar Evren’de Dünya’daki gibi karbon tabanlı hayatın yanı sıra silikon tabanlı canlılar da olabileceğini düşünüyor.

Gerçi silikon atomları karbon atomları kadar çok sayıda atoma bağlanmıyor. Bu nedenle, Evren’de silikon tabanlı canlı türlerinin karbon tabanlı canlılardan çok daha az sayıda olduğu düşünülüyor. Ancak, Evren’de yaygın olabileceğini düşündüğümüz bütün canlıların sıvı suya ihtiyacı var ve elmas dünyalarda su bulunmuyor.

 

 

Bu da uzaydaki hayat arayışına ilişkin denklemi beklenmedik bir şekilde değiştiriyor: Bugüne kadar astrofizikçiler bilinen anlamda hayatın kayalık gezegenlerde, Jüpiter’in Europa uydusu gibi buzlu dünyalarda ve başka yıldız sistemlerindeki su dünyalarında geliştiğini düşünüyordu.

Dolayısıyla kalın bir atmosferle kaplı olan gaz devleri dışındaki tüm gezegenlerin Dünya’ya benzeyen kayalık gökcisimleri, yani kabuğu ve mantosu ağırlıklı olarak silikattan oluşan ötegezegenler olduğu varsayılıyordu.

 

 

gmpv_home_4.png__498x291_q85_crop_subsampling-2_upscaleElmas faktörü

2012’de keşfedilen 55 Cancri e gezegeni bu hesabı değiştirdi: Karbon bakımından zengin güneş sistemlerinde su bulunmuyor ve bu aynı zamanda kayalık gezegenlerin oluşmasını önlüyordu. Örneğin, Dünya’daki kıtalar büyük ölçüde granitten meydana geliyor ve granitin oluşması için su şart. Nasıl derseniz:

Granit yeryüzünün derinliklerinden gelen magmanın okyanus suyuyla temas etmesi sonucunda oluşuyor. Okyanus kabuğunu meydana getiren bazalt katmanından daha hafif olan granit kıtalar, bir anlamda bazaltın üstünde yüzerek su seviyesinin üzerine çıkıyor ve Dünya’daki karaları oluşturuyor.

 

 

image_1784e-Kepler-ExoplanetsHayat düşmanı

Elmas dünyalarda su olmadığı için bunların yüzeyinde granit ve kıtaların oluşması mümkün değil. Öyle ki bu gezegenlere sonradan su getirseydik bile gezegen kabuğu suyun altında kalırdı. Nedenine gelince:

Karbon dünyalar genellikle Dünya’dan daha kütleli olduğu için bu gezegenlerde yerçekimi Dünyamızdan güçlü ve gezegenin kabuğu kendi ağırlığı altında çöküyor. Sonuç olarak karbon gezegenlerde suyun dışında kalacak kadar yüksek dağlar oluşmuyor (sadece alçak tepeler var).

 

 

elmas6Ayrıca karbon dünyaların iç katmanlarında sıcak ve akışkan bir manto tabakası bulunmadığından, depremlerle yanardağ püskürmelerine yol açarak canlıların evrimini hızlandıran tektonik plaka hareketleri de görülmüyor. Kısacası Dünya’da zenginlik kaynağı olan elmas o gezegenlerde hayatın doğmasını önlüyor.

Fransa Toulose Astrofizik ve Gezegenbilim Araştırma Enstitüsü’nden Olivier Mousis, 55 Cancri e’nin Dünya kütlesinin üç katı büyüklüğünde elmas tozu içerdiğini söylüyor.

 

 

extra_solar_planetKarbon dünyalar uzayda ne kadar yaygın?

Astrofizikçi Madhusudhan karbon dünyaların Evren’de sanılandan çok daha yaygın olduğunu söylüyor:

“İlk kez kimyasal yapısı Dünya’dan tümüyle farklı olan bir kayalık gezegen gördük. Karbon bakımından zengin gezegenler keşfedilmiş olması ötegezegenlerin kimyasal bileşenler, içyapı, atmosfer ve biyoloji açısından Dünya’dan çok daha farklı olabileceğini gösteriyor.”

 

 

elmas7Yale Üniversitesi Doktora Adayı John Moriarty’nin söylediği gibi bu durum aslında uzayda Dünya benzeri hayat olma ihtimalini azaltıyor.

“Sonuçta Güneş gibi sarı cüce yıldızların çevresindeki kayalık gezegenlerin Dünya’ya benzediğini düşünüyorduk. Oysa bu gezegenlerin büyük kısmı hayat barındırmayan elmas dünyalar olmalı. Gerçi Güneş’e tam olarak benzeyen bir yıldız da bulamadık.”

 

 

18wot5b90pm1ejpgHayat için Dünya gibi silikat gezegenlere bakalım

“Dünya’da az miktarda karbon olmasına rağmen, karbon elementi hayatın ortaya çıkması ve karbon-silikat döngüsü ile gezegenimizin ikliminin düzenlenmesi açısından kritik rol oynuyor. Karbon bakımından zengin dünyaların hayata elverişli olup olmadığını ise bilmiyoruz. Şimdilik bunlar ölü gezegenlere benziyor, ama Dünya’dan biraz fazla karbon içeren dünyalarda su ve hayat olabilir.”

14 Haziran 2015 itibariyle galakside 1931 onaylanmış ötegezegen ve binlerce gezegen adayı bulunuyor. Peki bu gezegenlerin kaçı elmas dünya kategorisine giriyor?

Eskiden astronomlar bir yıldıza yüzeyinde sıvı su bulunacak kadar yakın olan bütün kayalık gezegenlerin hayata elverişli olacağını düşünüyordu. Bunlar güneşe suyun buharlaşmayacağı kadar uzak ama donmayacağı kadar yakın gezegenlerdi. Karbon gezegenlerin bir kısmı da güneşe uygun uzaklıkta ama bir damla su bile içermiyor.

 

 

6a00d8341bf67c53ef015391e20595970b-800wiGüneş benzeri yıldızlar ne kadar karbon içeriyor?

Astronomlar kayalık ötegezegenlerin tıpkı Dünya gibi büyük oranda demir, oksijen, magnezyum ve silikondan oluştuğunu, buna ek olarak da az miktarda karbon içerdiğini düşünüyor.

Karbon bakımından zengin gezegenlerde ise toplam kütlenin yüzde 0,65 ila yüzde 75’i oranında karbon bulunuyor. Karşılaştırma yapacak olursak Dünya’da yalnızca binde 5 oranında karbon var ve bu, gezegende 30 milyondan fazla canlı türünün ortaya çıkmasına yeterli oldu.

 

 

cold_fire_1024x768Uzayda gezegen avı

Moriarty, Madhusudhan ve Fischer karbon gezegenlerin Evren’de ne kadar yaygın olduğunu görmek amacıyla ötedünyaların kimyasal bileşimini gösteren bir matematik modeli geliştirdiler.

Önceki modeller yeni oluşan ve henüz gezegen doğurmamış olan yıldız sistemlerine ait gaz ve toz bulutu fotoğraflarına dayanıyordu. Astronomlar fotoğrafları bilgisayar simülasyonuna yüklüyor ve gezegenlerin zamanla nasıl oluşacağını araştırıyordu.

Detaylı yeni modelden yararlanan astrofizikçiler ise yüzde 0,8’den yüksek oranda karbon içeren protogezegensel disklerdeki (gezegen öncesi diskler) elmas dünyaların ana yıldıza sanılandan çok daha yakın mesafelerde oluşabileceğini gösterdi.

 

 

1405950648382_wps_4_Cosmic_seascape_on_an_aliKarbon dünyalar fazla, kayalık dünyalar az

Araştırmacılar yüzde 0,65 oranında karbon içeren yıldız sistemlerinde de karbon dünyalar oluşabileceğini ortaya çıkardı. Oysa bu sonuç karbon gezegen sayısını artırmakla birlikte karbon dünyalarda hayat olduğu ihtimalini güçlendirmiyordu.

Çünkü nispeten az miktarda karbon içeren dünyalar yalnızca güneşe uzak dış yörüngelerde oluşabiliyordu ve bunlar su içerse bile donmuş ölü dünyalardı. Bu durumda araştırmanın sonucu belliydi:

Karbon dünyalar yeni yıldız sistemlerinde kolayca oluşuyordu ve uzayda oldukça yaygındı. Samanyolu Galaksisi’nde yıldızlara hayata uygun mesafede milyarlarca elmas gezegen vardı, ama bunların büyük kısmında su ve hayat yoktu.

 

 

image_1527e-Early-EarthSuyun kısa geçmişi

Johnson’la ekibi elmas dünyaların sayısını hesaplamak üzere Güneş’le hemen hemen aynı oranda karbon ve oksijen içeren yıldızlar aradılar. Yıldızlarla gezegenler aynı gaz ve toz bulutundan oluştuğu için, yıldız atmosferindeki karbon oranı gezegenlerindeki karbon miktarını da gösteriyordu.

Örneğin Dünya’ya hayat veren Güneş, Evren’i doğuran büyük patlamadan ve önceki kuşak yıldızlardan arta kalan hidrojen, helyum, nitrojen, silikon, karbon ve oksijen atomlarını miras almış bulunuyor.

 

 

Peki bize benzer sistemlerde su nasıl oluşuyor?

Johnson’ın belirttiği gibi bunlar Evren’de en yaygın olan 10 element arasında yer alıyor. Gezegen oluşum sürecini gösteren matematiksel modeller de işte burada devreye giriyor:

Bir güneş sisteminde su oluşması için, gezegenleri meydana getiren gaz ve toz diskinin güneşten uzak kesimlerinin hidrojenle oksijen bakımından zengin olması gerekiyor.

Böylece güneş sisteminin en uzak bölgelerinde hidrojenle oksijen birleşerek su moleküllerini ve dolayısıyla buzlu asteroitlerle kuyrukluyıldızları meydana getiriyor. Bu noktada güneş rüzgarı önemli bir rol oynuyor:

 

 

asteroid-impactSu ithalatı

İç güneş sistemini etkisi altına alan güneş rüzgarı, hidrojen ve oksijeni birbirinden uzaklaştırarak dış kesimlere üflüyor. Kısacası iç gezegenler az su içeren kurak dünyalar olarak doğuyor ve suyu sonradan kazanıyor. Nasıl mı?

Bir anlamda güneş sisteminin kenarından su getirerek: Dış bölgelerde oluşan kuyrukluyıldızlarla asteroitlerin bir kısmı zamanla genç iç gezegenlerle çarpışıyor ve kayalık dünyalara su taşıyarak kurak havzaları okyanuslarla dolduruyor.

 

 

Earth_formationKarbon tabanlı sistemler ölü dünyalarla dolu

Johnson’la meslektaşları yeni matematik modelini test ettiklerinde yüzde 0,65 oranında karbon olan dış gezegenlerde su izine rastlamadılar. Güneş sisteminin dış kesimlerinde bile su molekülleri oluşmuyordu ve güneşten uzaktaki karbon dünyalarda bile su bulunması imkansızdı.

Bu sistemlerde su varsa bile bütün gezegenlerden uzaktaki en dış asteroit kuşağında var olmalıydı. Öyleyse karbon tabanlı güneş sistemleri hayata elverişli değildi. Elmas gezegenler de grafit tozuyla kaplı ölü dünyalardı.

 

 

dandurda_moonartSonuçta hayata elverişli gezegen sayısı az çıktı

Son hesaplamalar, Samanyolu’nda en az 100 milyon hayata elverişli gezegen olduğunu gösteriyor. Bakterileri hesaba katarsak bu sayı çok daha fazla çıkıyor ama biz sadece Dünya’daki gibi kompleks hayata elverişli gezegenlerden bahsediyoruz, yani hayvanlarla bitkilerin yaşayabileceği gezegenler.

Ancak bu sayı toplam kayalık gezegen sayısı üzerinden hesaplandı ve buna elmas gezegenler de dahildi. Elmas gezegenleri saymazsak Samanyolu’nda Dünya benzeri hayata elverişli gezegenlerin sayısı azalıyor.

Yine de umudunuzu kaybetmeyin, çünkü yanlış saymış olabiliriz. Bugüne kadar keşfedilen yaklaşık 2000 gezegen istatistiki açıdan yetersiz olduğundan büyük ihtimalle yanlış saydık. 🙂

 

 

Elmas gezegen basının da ilgisini çekti

 

 

1Johanna K. Teske, Katia Cunha, Simon C. Schuler, Caitlin A. Griffith, Verne V. Smith. Carbon and Oxygen Abundances in Cool Metal-rich Exoplanet Hosts: A Case Study of the C/O Ratio of 55 Cancri. Astrophysical Journal, 2013

 

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*